Рассмотрев исторические тенденции и ключевые вехи развития характеристик, команда исследователей в Испании пришла к выводу о том, что однажды чипы для смартфонов смогут заменить более дорогие и менее экономичные по части потребления электроэнергии процессоры х86, используемые в большинстве ключевых суперкомпьютеров по всему миру.
"История может повториться", - сообщили исследователи Центра суперкомпьютеров в Барселоне (BSC) в статье под названием "Готовы ли мобильные процессоры к HPC?". Статья была представлена на EDAworkshop13 в Дрездене в текущем месяце.
Исследователи отметили исторический процесс замещения менее дорогими чипами более производительных, но и более дорогих процессоров в высокопроизводительных системах (high-performance systems, НРС). В 1993 году перечень самых оперативных суперкомпьютеров мира, известный как Top500, был заводнён системами, основанными на векторных процессорах. Их вытеснили менее дорогие процессоры RISC, такие как чип Power от IBM, использование которого отметило наибольший рост в начале прошедшего десятилетия. Чипы RISC, в свою очередь, были постепенно заменены более дешёвыми, массово выпускаемыми процессорами, наподобие Xeon от Intel и Opteron от Advanced Micro Devices, которые в настоящее время используются в более чем 400 суперкомпьютерах в списке Top500.
Данный переход имел общую основу, пишут исследователи: микропроцессоры похоронили векторные суперкомпьютеры, поскольку первые были "значительно дешевле и экономичнее".
"Мобильные процессоры не являются более производительными ... однако они значительно дешевле", - пишут исследователи.
Чипы с низким энергопотреблением на основе разработок британской компании ARM используются в большинстве смартфонов и планшетов, продающихся в настоящее время. Intel снискала ограниченный успех своими процессорами Atom, изначально спроектированными для нетбуков, и всё ещё базирующимися на её архитектуре x86.
Интерес к использованию мобильных процессоров в серверах растёт по мере того, как компании становятся всё более заинтересованными в экономии расходов своих дата-центров на электроэнергию. Чипы смартфонов рассматриваются некоторыми как пригодные для рабочей нагрузки, связанной с высоким объёмом небольших транзакций, как, например, представление результатов поиска и обработка "лайков" в социальных сетях. Более производительные чипы, такие как Xeon и Opteron, считаются наилучшими для ПО, требующего большей производительности, как, например, приложения для больших баз данных и систем ERP.
Одной из целей BSC является построение систем прототипов, помогающих улучшить производительность в пересчёте на ватты. Организация, финансируемая правительством Испании и Евросоюзом, создала серверы на базе 4-ядерного чипа NVIDIA Tegra 3, в котором используется архитектура процессора ARM Cortex-A9, и другую систему с использованием 2-ядерного процессора Samsung Exynos 5 на основе более оперативного Cortex-A15.
Помимо истории, их прогнозы относительно чипов для смартфонов также основываются на результатах контрольных испытаний. Они сравнивали 2-ядерный 1,7-гигагерцовый Exynos 5250 от Samsung, 4-ядерный 1,3-гигагерцовый Tegra 3 от NVIDIA и 4-ядерный 2,4-гигагерцовый Core i7-2760QM от Intel - являющийся больше чипом для настольных компьютеров, нежели серверным чипом.
Исследователи заявили, что процессоры ARM оказались более энергоэффективными по части одноядерной производительности, нежели процессор Intel, и что чипы ARM могут эффективно применяться в условиях HPC. При рассмотрении многоядерных систем чипы ARM оказались столь же эффективными, что и чипы Intel x86 с той же тактовой частотой, однако Intel оказалась впереди по части максимального уровня производительности.
В соревновании между двумя чипами ARM процессор NVIDIA Tegra 3 был сравнён с Exynos 5250 от Samsung. Exynos 5250 оказался в 1,7 раз оперативнее Tegra 3 среди одноядерных.
Недавно Hewlett-Packard выпустила свой сервер Moonshot на базе серверного чипа Atom от Intel, имеющего низкий уровень потребления электроэнергии. Ожидается, что процессоры ARM от Calxeda и Texas Instruments будут использоваться в системах Moonshot в будущем. Dell также создала прототипы серверов ARM и рассматривает возможность использования чипов с низким энергопотреблением в суперкомпьютерах.
Исследователи BSC отметили слабые места в конструкции чипов ARM, могущие задержать их использование в серверах. Нынешние процессоры ARM построены на 32-битной архитектуре, поэтому объём памяти, к которой они могут обращаться, ограничен. В них также отсутствуют технологии корректировки ошибок, чип сетевой выгрузки, и не используются стандартные интерфейсы I/O (ввода/вывода).
Тем не менее ARM заявила о выпуске чипов по 64-битной архитектуре, и Calxeda, AMD и AppliedMicro могут стать некоторыми из производителей, которые станут поставлять 64-битные чипсеты ARM с рядом сетевых функций и I/O.
По мере эволюции рынка серверов ARM технические трудности будут разрешены, а усиление конкуренции может привести к дальнейшему снижению цен. "Мобильные процессоры обладают качествами, делающими их интересными для HPC", - пишут исследователи, рекомендуя читателям "подготовиться к изменениям до того, как они произойдут".
BSC также принимает участие в Project Mont-Blanc и Axle Project, в рамках которых предпринимаются усилия по разработке суперкомпьютеров, сочетающих вычислительную мощность центральных и графических процессоров, а также прочих вычислительных ресурсов.
